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Schule > Chemie > Grundlagen der Chemie > Stratosphärisches Ozon

Einleitung

Wir werden euch heute einen Vortrag über Stratosphärisches Ozon, also das Ozon in den oberen Luftschichten halten. Welche UV welche wellenlänge?
Auch wenn Ozon in unserer Atmosphäre mit nur etwa 3 Molekülen Ozon zu 10 Millionen Luftmoleküle ziemlich rar ist, schützt es unsere Biosphäre vor der energiereichen UV-Strahlung. Ozon ist also nur ein Spurengas; dennoch ein wesentlicher
Bestandteil unsrer Atmosphäre. Es ist nicht nur unser Schutz vor der Lebensgefährlichen UV-C-Strahlung, welche vom Ozon ganz und der UV-B-Strahlung, welche zu über 90% absorbiert wird, sondern auch für die vertikale Temperaturstruktur der Atmosphäre verantwortlich.
In unserem Vortrag werden wir euch erst einmal
Den Aufbau der Atmosphäre beschreiben Anschließend werden wir die Bildung des stratosphärischen Ozons und dessen natürliches chemisches
Gleichgewicht behandelt sowie die globale Verteilung von Ozon und seine natürlichen lokalen
Schwankungen aufzeigen. Nachfolgend werden wir die anthropogenen Einflüsse auf die
stratosphärische Ozonkonzentration durch Emission von FCKWs und deren Reaktionen mit dem Ozon näher erläutern.
Partikel!
Ozonchemie
Kommen wir nun zur Entstehung des Ozons.

Ozon benötigt für seine Bildung sowohl solare Strahlung als auch Sauerstoff:
h + O2 O + O [ Gl.1.1 ]
O + O2 + M O3 + M [ Gl.1.2 ]
Bei solarer Strahlung mit einer Wellenlänge < 242nm
wird der vorhandene Sauerstoff
durch Absorption dissoziiert. Die dabei entstehenden Sauerstoffatome können sich dann--.--??? Wie funkt der Prozess genau?
an ein Sauerstoffmolekül anlagern und dadurch Ozon bilden. Für diese Reaktion ist ein
Stoßparameter M nötig, der ausschließlich dazu dient, die überschüssige Energie
aufzunehmen.WAS IST EIN Sto?PARAMETER???Was passiert damit?
Bei solarer Strahlung im Wellenlängenbereich bis = 1200nm
wird Ozon auf natürliche

Weise wieder abgebaut:
h + O3 O2 + O [ Gl.1.3 ]
O + O3 O2 + O2 [ Gl.1.4 ]
Es entsteht also ein natürlicher Kreislauf.
Die Reaktion [Gl.1.2] läuft mit zunehmender Höhe langsamer ab, während Reaktion
[Gl.1.3] schneller wird. Wenn ausschließlich die beschriebenen Reaktionen
stattfinden, befindet sich die Ozonkonzentration im sog. photochemischen PHOTOCHEMISCH? Gleichgewicht. Es
ergibt sich eine vertikale Ozonverteilung mit maximaler Ozonkonzentration in einem
Höhenbereich von etwa 25-35 km, wie yasmin ja schon erwähnt hat.-
Berücksichtigt man ausschließlich dieses Reaktionssystem, so wird der
Ozongehalt der Stratosphäre jedoch deutlich überschätzt. Es zeigte sich, dass es weitere,
sogenannte katalytische Abbaureaktionen gibt, die effektiv Ozon zerstören und in denen
die ozonzerstörenden Substanzen selbst nicht verbraucht werden. Schematisch kann man

diese katalytischen Zyklen des Ozonabbaus beschreiben durch:
X + O3 XO + O2 [ Gl.1.5 ]
O3 + h O2 + O [ Gl.1.5a ]
XO + O X + O2 [ Gl.1.6 ]
Netto: 2 O3 + h 3 O2 [ Gl.1.7 ]
In diesen Reaktionen stellt die Variable „X“ einen Katalysator dar.
Als Katalysatoren hatte man bis 1970 die Radikalpaare OH/HO2 und NO/NO2 gefunden, die aus den natürlichen Quellgasen
Wasserdampf (H2O) und Lachgas (N2O) gebildet werden.

Warum über der antarktis?
Die Ursache sind die sogenannten polar stratospheric clouds, kurz PSC, welche über der Antarktis auftauchen. Die Antarktis ist komplett von Wasser umschlossen und ihre ganze Masse besteht ausschließlich aus Schnee und Eis. Diese physikalischen Bedingungen lassen eine isolierte Luftmasse über der Antarktis entstehen, genannt den südl. POLAR VORTEX. In der Luft des Polar Vortex liegen die Temperaturen bei ca. –80°C. Unter diesen Bedingungen entstehen die PSC.
Diese Polarwolken bestehen aus einem Haufen winziger, vereister Schwebepartikel, in denen Chlor- oder Bromverbindungen von hoher Dichte gefangen sind. Die Gase, die dafür bekannt sind, bei niedrigeren Temperaturen nicht zu reagieren, ändern in diesem Zustand ihr Verhalten. Inmitten dieser Wolken, die sich bei -80°C in Form gefrorener Aerosole zusammenballen, setzen sie unter der Sonneneinwirkung ihre Chlor- oder Bromatome frei, die daraufhin mit dem Ozon reagieren und die Verbindungen der drei Sauerstoffatome, aufbrechen.
HCl + ClONO2 ---- on ice ----> Cl2 (gas) + HNO3 (ice)
Je kälter es in der Antarktis ist, umso mehr PSC entstehen und umso stärker ist die Ozonreduktion. Deswegen ist auch zur Zeit des Antarktischen Winters eine besonders niedrige Ozonkonzentration zu verzeichnen.

1.6 Ozonloch
In den 70er Jahren wurde die Ozonschicht über der Antarktis von der British Antarctic Survey Station beobachtet und eine starke Abnahme der Ozonkonzentration festgestellt. Im Jahr 1985 publizierten Farman et al. (1985)WER/WAS? Diese Messergebnisse. Die Messdaten belegten eine kontinuierliche Abnahme des Totalozons über der Station seit Beginn der 70er Jahre. Obwohl Farman etal. (1985) diese drastische Ozonabnahme mit den emittierten FCKWs in Verbindung brachten, waren die Beobachtungsdaten nicht mit den bisherigen Kenntnissen über den katalytischen Ozonabbau erklärbar. Im Oktober 1983 betrug die Ozonabnahme schon über 65% des langjährigen Mittelwertes.MITTELWERT RAUSSUCHEN.
Schon 1986 ist im Höhenbereich zwischen 15 und 22 km, in dem eigentlich die
maximalen Werte liegen sollten, ein großes Ozondefizit zu beobachten. Seit den 80er
Jahren hat sich die Situation noch weiter verschlechtert. Im Ozonprofil von 1998 kann
man erkennen, dass über den Höhenbereich von 15 bis 21 km praktisch kein Ozon mehr
vorhanden ist. Diese vertikale Ozonverteilung ergibt einen Totalozonwert von 98 DU.wer erklärt DU??? -> kurz vor dem vortrag?
Bereits im Oktober 1993 hatte das Ozonloch Werte erreicht, die 60% unter dem
langjährigen Mittelwert lagen, und erstreckte sich dabei über eine Fläche von fast
24·106 km2, was etwa einem Fünftel der Erdoberfläche entspricht.
Bisher wurde gezeigt, dass das antarktische Ozonloch das Ergebnis des komplexen
Zusammenspiels anthropogener FCKW-Emission, natürlichen Auftretens polarer
Stratosphärenwolken und solarer Strahlung ist. Der polare Ozonabbau ist jedoch nicht auf
die Südhemisphäre begrenzt, wie uns Yasmin ja schon gezeigt hat. Auch in der nördlichen Hemisphäre wird seit einigen Jahren ein deutlicher Ozonabbau beobachtet.
Zusammenfassung

Fassen wir zusammen:
Das stratosphärische Ozon dient uns also als ein lebensrettendes Schutzschild vor der gefährlichen UV-C und UV-B-Strahlung.
Es existiert ein natürlicher Ozon- Sauerstoff-Lreislauf, der unter normalen Bedingungen dafür sorgt, dass die Dicke der Ozonschicht konstant bleibt. Durch antropogene Einflüsse wird dieser Kreislauf jedoch zunehmend destabilisiert und die Ozonkonzentration in der Stratosphäre nimmt immer weiter ab, was mit dutzenden Satellietenbildern bewiesen werden kann. Um die Ozonabnahme durch antropogene Gase wie FCKW zu stoppen, wurde in den 80er Jahren das Montrealprotokoll erlassen, welches das Ziel hat, eine weitere Abnahme zu verhindern und vielleicht sogar das Ozonloch zu beseitigen.
http://www.seilnacht.com/Lexikon/Ozon.htm

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